DE102012108304A1

DE102012108304A1 - Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings und Prüfeinrichtung

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Publication number: DE102012108304A1
Application number: DE201210108304
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Feuerherdt Jochim; Henry Sackmann; Jens Biehl; Steffen Schiecke
Original assignee: Testing Bluhm & Feuerherdt GmbH; IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Current assignee: Testing Bluhm & Feuerherdt GmbH; IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings (P) unter dynamischer Belastung, insbesondere zur Prüfung der Dauerhaftigkeit eines Werkstoffprüflings, der aus einem Injektionsmittel hergestellt ist, wie beispielsweise einer Zementsuspension oder einem Harz. Bei dem Prüfverfahren ist vorgesehen, dass – der Werkstoffprüfling (P) in einer Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') angeordnet wird, – ein Druckstück (14) der Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') mit einer Vorspannkraft (FFeder) in Kontakt mit dem Werkstoffprüfling (P) gebracht wird und – das Druckstück (14) über eine Antriebseinheit (2, 2', 2'') der Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') angetrieben wird, um den Werkstoffprüfling (P) über das Druckstück (14) mit einer dynamischen Last (Ferr) zu beaufschlagen. Erfindungsgemäß wird die Vorspannkraft (FFeder) pneumatisch erzeugt. Ferner wird eine Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen sowie ein Prüfsystem mit mehreren miteinander gekoppelten Prüfeinrichtungen (1, 1', 1'')

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings unter dynamischer Belastung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Prüfeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Bei bisher bekannten Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings unter dynamischer Belastung wird der Werkstoffprüfling in der Prüfeinrichtung angeordnet und zum Beispiel in einer Halterung fixiert und im Anschluss daran dynamisch belastet, das heißt, mit einer in Ihrer Höhe zeitlich variierenden Kraft beaufschlagt. Ziel eines derartigen Prüfverfahrens ist es, Werkstoffeigenschaften zu ermitteln, wie zum Beispiel die Dauerfestigkeit oder – im Bereich des Bauwesens – der Dauerhaftigkeit. Hierzu wird mittels an einer Prüfeinrichtung vorgesehenen Sensoreinheiten ein Lastverlauf erfasst und beispielsweise ermittelt, nach wie vielen Lastwechseln der zu prüfende Werkstoffprüfling versagt bzw. immer noch intakt ist.
Die Prüfung von Werkstoffen unter dynamischer Belastung gewinnt auch im Bereich von Windkraftenergieanlagen zunehmend an Bedeutung, da es sich hierbei um dynamisch hoch belastete Bauwerke handelt. Während die Prüfverfahren für die Maschinenbauteile derartiger Windkraftenergieanlagen häufig bereits sehr ausgereift sind, bleiben bisher Schadensbilder an den (Beton-)Fundamenten lange Zeit unbeachtet. Starke Betonschäden, wie Abplatzungen des Fundamentbetons, Rostfahnen und Risse in den Betonoberflächen zeigen jedoch, dass auch die Fundamente der Anlagen von dynamischen Belastungen nicht verschont werden.
Die Sanierung derartiger Fundamente erfolgt regelmäßig mit einem Injektionsmittel, wie zum Beispiel einer Zementsuspension oder einem Harz, wie einem Epoxydharz oder Polyurethanharz. Dabei wird das Injektionsmittel in den Rissbereich der geschädigten Bauwerke injiziert, um dieses wieder zu stabilisieren. Die Dauerhaftigkeit der Sanierung hängt jedoch davon ab, ob die ins Bauwerk eingebrachten Werkstoffe den anliegenden dynamischen Belastungen widerstehen können. Da der Einsatz der verwendeten Injektionsmittel bisher weitgehend auf statisch belastete Bauwerke begrenzt ist, liegen keine Erfahrungen über die Dauerhaftigkeit unter dynamischer Beanspruchung vor.
Da gerade bei Beschädigungen des Fundaments eines dynamisch belasteten Bauwerks, wie einer Windkraftenergieanlage, vergleichsweise schnell reagiert werden muss, um größere Schäden zu vermeiden, ist eine kurzfristige und kostengünstige Prüfung von möglichen Injektionsmitteln wünschenswert.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Prüfverfahren und eine Prüfeinrichtung bereitzustellen, mittels dem/der die oben genannten Ziele erreicht und insbesondere eine kostengünstige Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffs unter dynamischer Belastung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird sowohl mit dem Prüfverfahren des Anspruchs 1 als auch mit der Prüfeinrichtung des Anspruchs 8 gelöst.
Hierbei zeichnet sich das erfindungsgemäße Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings unter dynamischer Belastung neben den an sich bekannten Schritten

– Anordnen des Werkstoffprüflings in einer Prüfeinrichtung,
– Kontaktierung des Werkstoffprüflings mit einem Druckstück der Prüfeinrichtung unter einer vorzugsweise (stufenlos) einstellbaren Vorspannkraft,
– Antreiben des Druckstücks über eine Antriebseinheit der Prüfeinrichtung, um den Werkstoffprüfling über das Druckstück mit einer dynamischen Last zu beaufschlagen,

Die Vorspannkraft ist diejenige Kraft, unter der das Druckstück auf den Werkstoffprüfling einwirkt, bevor die dynamische Belastung aktiviert wird. Die Vorspannkraft simuliert folglich eine auf den verbauten Werkstoff dauerhaft wirkende (statische) Grundlast. Auf diese Vorspannkraft wird – je nach Wirkrichtung – die dynamisch wechselnde und über die Antriebseinheit erzeugte (Erreger-)Kraft addiert oder von dieser subtrahiert, um die Belastbarkeit des Werkstoffs unter dynamischer Belastung zu prüfen.
Während bei einer Vielzahl der bisher bekannten Prüfverfahren die Vorspannkraft über teilweise aufwändige mechanische Gewinde- bzw. Spindeltriebe erzeugt wird, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass die Vorspannkraft pneumatisch, das heißt, mittels eines unter Druck stehenden Gases, vorzugsweise Luft, erzeugt wird. Hierdurch ist nicht nur eine kostengünstige Realisierung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens ausgebildeten Prüfeinrichtung möglich, sondern es ist auch eine gute Einstellbarkeit eines gewünschten Werts für die Vorspannkraft gegeben.
Darüber hinaus ist durch die pneumatische Erzeugung der Vorspannkraft äußerst einfach ein Prüfsystem mit mehreren miteinander gekoppelten Prüfungseinrichtungen realisierbar, bei dem über eine einzige gemeinsame Druckluftversorgungsanlage an mehreren Prüfeinrichtungen jeweils dieselbe und/oder unterschiedliche Vorspannkräfte einstellbar sind. So können in einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens mehrere Werkstoffprüflinge, die in jeweils einer Prüfeinrichtung angeordnet sind, parallel hinsichtlich ihrer Belastbarkeit geprüft werden, wobei die Vorspannkräfte der einzelnen Prüfeinrichtungen durch eine gemeinsame Druckluftversorgungsanlage erzeugt werden.
Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel gleichartige Werkstoffprüflinge aus demselben Werkstoff parallel unter unterschiedlichen Belastungsszenarios oder aber auch aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellte Werkstoffprüflinge unter identischen Belastungsszenarios prüfen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Prüfungsverfahrens wird eine von der Antriebseinheit separate Vorspanneinheit der Prüfeinrichtung zur Erzeugung der Vorspannkraft angesteuert. Mit anderen Worten, weist hier die Prüfeinrichtung zusätzlich zu der Antriebseinheit, über die die dynamischen Belastungen generiert werden, eine hiervon funktionell und vorzugsweise auch räumlich an der Prüfeinrichtung separierte Vorspanneinheit auf, die pneumatisch die Vorspannkraft erzeugt.
Zur Erzeugung der Vorspannkraft ist mindestens ein pneumatisch betriebenes Vorspannmittel der Prüfeinrichtung vorgesehen. Dieses ist bevorzugt mit Druckluft beaufschlagbar, um eine Verstellung des Druckstücks in Richtung auf den zu prüfenden Werkstoffprüfling zu erreichen.
In bevorzugten Ausführungsvarianten ist das mindestens eine Vorspannmittel (der Vorspanneinheit) ein Schlauchrollbalg. Das Vorspannmittel ist hier demgemäß nach Art einer Luftfeder ausgeführt, um eine vorgegebene Vorspannkraft aufzubringen.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind zwei Vorspannmittel, insbesondere zwei Schlauchrollbalge, vorgesehen, um eine gleitend geführte Traverse, an der das Druckstück festgelegt ist, unter Aufbringung der vorgegebenen Vorspannkraft in Richtung auf den Werkstoffprüfling zu verlagern.
Liegt das Druckstück (auch Stempel genannt) unter der Vorspannkraft an dem Werkstoffprüfling an, wird der Werkstoffprüfling mit einer zeitlich variierenden Erregerkraft beaufschlagt. Vorzugsweise wird das Druckstück hierbei derart angetrieben, dass der Verlauf der durch das Druckstück auf den Werkstoffprüfling ausgeübten Erregerkraft sinusförmig ist.
Zur Erzeugung der dynamischen Last auf den Werkstoffprüfling durch die Antriebseinheit sind unterschiedliche Konzepte denkbar.
In einer ersten Ausführungsvariante wird auch die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling pneumatisch erzeugt. Die zur Erzeugung der dynamischen Last vorgesehene Antriebseinheit der Prüfeinrichtung weist folglich einen pneumatischen Antrieb, zum Beispiel in Form eines Druckluftkolbenvibrators, auf.
In einer alternativen, zweiten Ausführungsvariante wird die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling mittels einer Exzentervorrichtung der Antriebseinheit erzeugt. Bevorzugt weist hierbei die Exzentervorrichtung eine Koppelstange auf, die nach Art eines Pleuels an einer drehbaren Antriebswelle eines Motors gelagert ist. Eine Drehbewegung der Antriebswelle wird somit in eine translatorische Bewegung der Koppelstange umgesetzt. Indem diese Koppelstange mit dem Druckstück – vorzugsweise über eine gleitend geführte Traverse – gekoppelt ist, verursacht die angetriebene Koppelstange eine wechselnde Belastung des Werkstoffprüflings.
In einer weiteren, dritten Ausführungsvariante ist wenigstens ein Rüttlermotor zur Erzeugung der dynamischen Belastung vorgesehen. Ein derartiger Rüttlermotor, zum Beispiel in Form eines so genannten Außenrüttlers, oder auch mehrere Rüttlermotoren können das Druckstück zu einer Schwingungsbewegung veranlassen, wodurch der Werkstoffprüfling mit einer dynamischen Erregerkraft, z. B. mit einer sinusförmig verlaufenden Erregerkraft, beaufschlagt wird.
In einer weiteren, vierten Ausführungsvariante weist die Antriebseinheit zur Erzeugung der dynamischen Last einen Piezomotor auf. Auch mit einem derartigen Motor ist eine zeitlich wechselnde (Schwingungs-)Belastung des Werkstoffprüflings ohne weiteres möglich.
Bevorzugt ist die Antriebseinheit jeweils derart ausgebildet, dass die erzeugte Erregerkraft für die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling eine Frequenz von etwa 30–35 Hz, vorzugsweise 33 Hz und eine Amplitude von ±1500–2500 N, vorzugsweise 2000 N aufweist.
Die erzeugte Vorspannkraft bewegt sich vorzugsweise im Bereich von 4000–6000 N, besonders bevorzugt bei ca. 5000 N.
Wie eingangs bereits erläutert, ist das vorliegende Prüfverfahren, wie auch eine hiernach arbeitende Prüfeinrichtung, bevorzugt zur Prüfung von Werkstoffprüflingen aus einem Injektionsmittel, insbesondere einer Zementsuspension oder einem Harz, zum Beispiel Epoxydharz oder Polyurethanharz, vorgesehen. Besonders vorteilhaft haben sich die erfindungsgemäßen Lösungen bei der Prüfung von Bau- und Sanierstoffen für dynamisch belastete Bauwerke, wie zum Beispiel Turmbauwerke, Brücken, Windkraftenergieanlagen und Fahrbahnen, erwiesen. Demgemäß sind die erfindungsgemäßen Lösungen insbesondere für die Prüfung von Materialien zur Injektionssanierung von Fundamenten von Windkraftenergieanlagen vorteilhaft. Selbstverständlich sind ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren und eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung aber auch für Werkstoffprüflinge aus einem anderen Material geeignet.
Eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung nach dem Anspruch 8 weist dabei neben:

– einer Prüflinghalteeinheit, an der der zu prüfende Werkstoffprüfling angeordnet werden kann,
– einem verstellbaren Druckstück, das über die Prüfeinrichtung mit einer Vorspannkraft in Kontakt mit einem in der Prüflinghalteeinheit angeordneten Werkstoffprüfling gebracht werden kann, und
– einer Antriebseinheit, mittels der das Druckstück derart antreibbar ist, dass der Werkstoffprüfling über das Druckstück mit einer dynamischen Laste beaufschlagt wird,

In als vorteilhaft erachteten Ausführungsvarianten weist die Prüfeinrichtung eine pneumatisch betriebene Rückstelleinheit auf, mittels der das Druckstück außer Kontakt mit dem Werkstoffprüfling bringbar ist. Nach Abschluss einer Messung kann somit auch allein durch eine Steuerung des zugeführten Gases, vorzugsweise der zugeführten Druckluft, das Druckstück wieder von dem Werkstoffprüfling entfernt werden. In einer derartigen Ausführungsvariante wird es bevorzugt, wenn über eine Vorspanneinheit mit dem mindestens einen pneumatisch betriebenen Vorspannmittel – zum Beispiel in Form eines Schlauchrollbalgs – die Annäherung des Druckstücks an den Werkstoffprüfling und die Kontaktierung unter der vorgegebenen Vorspannkraft erfolgt, und die Beabstandung des Druckstücks von dem Werkstoffprüfling nach Entlastung der Vorspanneinheit über eine hiervon separate, ebenfalls pneumatisch betriebene Rückstelleinheit erfolgt.
In als besonders vorteilhaft erachteten Ausführungsvarianten wird die Rückstelleinheit wenigstens durch einen oder mehrere Rückstellzylinder gebildet, wobei ein solcher Rückstellzylinder einen pneumatisch verlagerbaren Kolben aufweist.
Bei einer Prüfeinrichtung mit einer einen pneumatischen Antrieb aufweisenden Antriebseinheit kann die Prüfeinrichtung eine gemeinsame Druckluftregulierung umfassen, über die der Antrieb und das mindestens eine Vorspannmittel mit Druckluft beaufschlagbar sind. Auf diese Weise lassen sich sowohl der Antrieb für die Erzeugung der dynamischen Last auf den Werkstoffprüfling als auch das Vorspannmittel zur Erzeugung der (statischen) Vorspannkraft aus einer gemeinsamen Druckluftregulierung speisen und hierüber regulieren.
Alternativ oder ergänzend kann die Prüfeinrichtung eine gemeinsame Druckluftregulierung umfassen, über die eine Rückstelleinheit und das mindestens eine Vorspannmittel mit Druckluft beaufschlagbar sind.
Über eine gemeinsame Druckluftregulierung lässt sich insbesondere eine aus steuerungstechnischer und regelungstechnischer Hinsicht vergleichsweise einfach zu handhabende Prüfeinrichtung bereitstellen und das hiermit durchzuführende Prüfverfahren effizient steuern bzw. regeln. Zudem ist die Prüfeinrichtung hierdurch auch äußerst kostengünstig.
In einer Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass die Prüfeinrichtung mindestens eine (erste) Sensoreinheit zur Erfassung der auf den Werkstoffprüfling wirkenden Kraft und/oder mindestens eine (zweite) Sensoreinheit zur Erfassung der Stauchung des Werkstoffprüflings. Über die eine, erste Sensoreinheit sind somit insbesondere ein Kraftverlauf und insbesondere die Vorspannkraft wie auch die zeitlich wechselnde Erregerkraft erfassbar. Über die andere, zweite Sensoreinheit, die vorzugsweise ergänzend zu der ersten Sensoreinheit an der Prüfeinrichtung vorgesehen ist, kann demgegenüber bei Aufbringen der Vorspannkraft und/oder während der Beaufschlagung des Werkstoffprüflings mit einer dynamisch wechselnden Last die Stauchung des Werkstoffprüflings erfasst werden.
Bevorzugt ist jeder der Sensoreinheiten über eine an der Prüfeinrichtung vorgesehene Schnittstelle mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbindbar.
Auf Basis einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung kann ferner ein Prüfsystem mit mehreren miteinander (elektronisch und/oder mechanisch) gekoppelten Prüfeinrichtungen aufgebaut werden.
Wie obig bereits erläutert, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsvariante eines solchen Prüfsystems dadurch aus, dass in dem Prüfsystem zumindest einige Prüfeinrichtungen mechanisch miteinander gekoppelt sind, indem sie wenigstens über eine gemeinsame Druckluftversorgungsanlage gespeist werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1A–1B eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung in unterschiedlichen Ansichten;
1C eine vergrößerte Detailansicht der Prüfeinrichtung der 1A und 1B;
2 eine Prüflingsaufnahme für einen Werkstoffprüfling in perspektivischer Einzeldarstellung;
3 in Einzeldarstellung eine in der Prüfeinrichtung der 1A und 1B gleitend geführte Traverse mit daran befestigtem pneumatischen Antrieb;
4 eine gemeinsame Druckluftregulierung für den pneumatischen Antrieb, eine pneumatisch betriebene Vorspanneinheit und eine pneumatisch betriebene Rückstelleinheit der Prüfeinrichtung der 1A und 1B;
5A–5E eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung in unterschiedlichen Ansichten;
6 in Einzeldarstellung ein Trägerteil der Prüfeinrichtung der 5A bis 5E, an dem insbesondere Vorspannmittel zur Erzeugung einer Vorspannkraft festgelegt sind;
7A–7B eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung in unterschiedlichen Ansichten;
8 in perspektivischer Einzeldarstellung eine gleitend geführte Traverse der Prüfeinrichtung der 7A und 7B mit daran festgelegten Rüttelmotoren.
Die 1A und 1B zeigen in perspektivischer Ansicht und in Seitenansicht eine erste Ausführungsvariante einer Prüfeinrichtung 1, mittels derer ein Werkstoffprüfling P auf seine Belastbarkeit unter dynamischer Belastung geprüft werden kann. Der Werkstoffprüfling P wird in einer Prüflinghalteeinheit 5 der Prüfeinrichtung 1 angeordnet und über ein Druckstück (Stempel) 14 mit einer über die Zeit variierenden Last beansprucht. Zur Auswertung und Überwachung des durchgeführten Prüfverfahrens sind zwei Sensoreinheiten 4 und 6 der Prüfeinrichtung 1 vorgesehen. Dabei misst eine erste Sensoreinheit 4 die auf den Werkstoffprüfling P wirkende Kraft und eine zweite Sensoreinheit 6 über zwei Wegsensoren 61a, 61b einen Verstellweg des Druckstücks 14 bzw. eine Stauchung des Werkstoffprüflings P.
Die Prüfeinrichtung 1 weist zwei zueinander beabstandete Platten 10 und 12 auf, die über zwei zueinander parallele Führungsstangen 131, 132 einer Linearführung 13 miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Platten 10, 12 und zwischen den beiden Führungsstangen 131, 132 sind neben der Prüflinghalteeinheit 5 und den beiden Sensoreinheiten 4, 6 sowie einer das Druckstück 14 tragenden Traverse 11 eine Vorspanneinheit 3 und eine Rückstelleinheit 7 angeordnet. Ferner ist bei der Prüfeinrichtung 1 auch eine Antriebseinheit 2 zur Beaufschlagung des Werkstoffprüflings P mit einer dynamischen Last über das Druckstück 14 vollständig innerhalb eines durch die beiden Platten 10, 12 und die beiden Führungsstangen 131, 132 gebildeten Rahmengestells angeordnet.
Die Traverse 11 ist zwischen den beiden Platten 10, 12 über die Linearführung 13 verschieblich geführt, so dass das an der Traverse 11 festgelegte Druckstück 14 über eine Verlagerung der Traverse 11 verstellt werden kann. Damit die Traverse 11 über die Linearführung 13 gradlinig entlang einer im Gebrauchszustand senkrechten Verstellachse jeweils über die Vorspanneinheit 3, die Rückstelleinheit 7 und die Antriebseinheit 2 verlagert werden kann, weist die längserstreckt ausgebildete Traverse 11 an ihren sich gegenüberliegenden Enden jeweils einen Gleiter 111, 112 auf. Jeder der Gleiter 111, 112 weist eine Durchgangsöffnung auf, über die die Traverse 11 an der jeweils zugeordneten Führungsstange 131, 132 verschieblich gehalten ist.
Unterhalb der Traverse 11, d. h., in Richtung der unteren (Boden-)Platte 10 sind die beiden Sensoreinheiten 4, 6, die Prüflinghalteeinheit 5 und die Rückstelleinheit 7 untergebracht. Entlang der senkrechten Verstellachse sind dabei in etwa mittig das Druckstück 14, die Prüflinghalteeinheit 5 und die erste Sensoreinheit 4 mit einem Kraftsensor hintereinander angeordnet. Die Prüflinghalteeinheit 5, die hier durch ein Adapterstück 50 und eine Prüflingsaufnahme 51 gebildet ist, ruht dabei auf der zentral an der Bodenplatte 10 festgelegten ersten Sensoreinheit 4, die sich hier in Seitenansicht im Wesentlichen S-förmig darstellt. In der Prüflingsaufnahme 51 ist ein im Wesentlichen würfelförmiger Werkstoffprüfling P zentral an der Prüflinghalteeinheit 5 festlegbar (vgl. auch 1C), so dass das oberhalb der Prüflinghalteeinheit 5 befindliche Druckstück 14 direkt auf den Werkstoffprüfling P einwirken kann.
Für eine Prüfung der Belastbarkeit des Werkstoffprüflings P wird die Traverse 11 und damit das Druckstück 14 aus der in den 1A und 1B ersichtlichen Verstellposition zunächst über die Vorspanneinheit 3 in Richtung auf die Prüflinghalteeinheit 5 verlagert, bis das Druckstück 14 mit dem Werkstoffprüfling P in Kontakt gebracht wurde und diesen mit einer voreinstellbaren Vorspannkraft F_Feder beaufschlagt. Die Vorspanneinheit 3 weist hierzu zwei symmetrisch an der Traverse 11 angreifende Vorspannmittel in Form zweier Schlauchrollbalge 31, 32 auf.
Diese Schlauchrollbalge 31, 32 sind an der oberen (Gegen-)Platte 12 der Prüfeinrichtung 1 über jeweils einen bügelförmigen Halter 121, 122 fixiert. Ferner sind die beiden Schlauchrollbalge 31, 32 an einer der Gegenplatte 12 zugewandten Oberseite 11a der Traverse 11 festgelegt, so dass ein Abstand der Traverse 11 von der Gegenplatte 12 über die beiden Schlauchrollbalge 31, 32 variiert werden kann. Die Schlauchrollbalge 31, 32 sind mit Druckluft beaufschlagbar, die von einer hier nicht dargestellten Druckluftversorgungsanlage bereitgestellt wird. Zur Beaufschlagung des Werkstoffprüflings P mit einer gewünschten Vorspannkraft F_Feder – vorzugsweise hier im Bereich von etwa 5000 N – wird den beiden Schlauchrollbalge 31, 32 Druckluft zugeführt, so dass sie sich ausdehnen und die Traverse 11 in Richtung der Bodenplatte 10 drücken. Das an der den Schlauchrollbalgen 31, 32 abgewandten Unterseite 11b der Traverse 11 angeordnete Druckstück 14 wird dementsprechend unter eine pneumatisch erzeugten Vorspannkraft F_Feder auf eine freie Oberfläche des Werkstoffprüflings P gedrückt.
Durch die pneumatische Erzeugung der Vorspannkraft F_Feder ist nicht nur eine vergleichsweise kostengünstige Konstruktion der Prüfeinrichtung 1 möglich, sondern die gewünschte Vorspannkraft F_Feder ist auch über die zugespeiste Menge an Druckluft stufenlos und genau einstellbar.
Nachdem das Druckstück 14 mit der Vorspannkraft F_Feder auf den Werkstoffprüfling P einwirkt, wird die Prüfung der Belastbarkeit des Werkstoffprüfling P gestartet, um dessen Dauerfestigkeit bzw. Dauerhaftigkeit bestimmen zu können. Hierzu erzeugt die Antriebseinheit 2 eine sinusförmige Schwingung in vertikaler Richtung. Mit anderen Worten wird über die Antriebseinheit 2 die Traverse 11 und damit das daran festgelegte Druckstück 14 mit einer durch die Antriebseinheit 2 vorgegebenen Frequenz be- und entlastet. Die hierbei durch die Antriebseinheit 2 erzeugte Erregerkraft F_err wechselt dabei mit einer Frequenz von vorzugsweise etwa 33 Hz und einer Amplitude von +/–2000 N.
Eine von dem in der Prüflinghalteeinheit 5 gehaltenen Werkstoffprüfling P entgegenwirkende Gegenkraft F_P ist exemplarisch in der 1A dargestellt.
Die Antriebseinheit 2 der Prüfeinrichtung 1 der 1A und 1B weist vorliegend einen pneumatischen Antrieb in Form eines Druckluftkolbenvibrators auf. Dieser in einem (kreis-)zylindrischen Gehäuse untergebrachte pneumatische Antrieb ist an der Oberseite 11a der Traverse 7 an mehreren Befestigungsstellen mittig fixiert. Durch die Anordnung des pneumatischen Antriebs der Antriebseinheit 2 zwischen den beiden Schlauchrollbalgen 31, 32 ist die Antriebseinheit 2 platzsparend innerhalb der Prüfeinrichtung 1 untergebracht. Bei der Prüfeinrichtung 1 befindet sich die Antriebseinheit 2 ferner vollständig zwischen der Gegenplatte 12, der Traverse 11 und den beiden Schlauchrollbalgen 31, 32. Indem die Antriebseinheit 2 ebenfalls pneumatisch betrieben ist, kann diese zusammen mit der Vorspanneinheit 3 über eine gemeinsame Druckluftversorgungsanlage kostengünstig mit Druckluft versorgt werden. Hierüber ist auch eine einfache Steuerung und Regelung der Verstellung des Druckstücks 14 möglich. Zum Anschluss an eine (Druckluft-)Versorgungsleitung einer Druckluftversorgungsanlage weist die Antriebseinheit 2 dementsprechend einen Druckluftanschluss 20 auf.
Die durch die Antriebseinheit 2 auf den Werkstoffprüfling P einwirkende dynamische Belastung wird einerseits durch den Kraftsensor der ersten Sensoreinheit 4 als auch andererseits über die zweite Sensoreinheit 6 mit ihren zueinander beabstandeten (induktiven) Wegsensoren 61a, 61b erfasst und – gegebenenfalls über eine separate elektronische Auswerteeinheit – ausgewertet. Die beiden quer zu der Verstellachse einander gegenüberliegend angeordneten Wegsensoren 61a, 61b sind über einen Sensorhalter 60 in Form eines umgebogenen Halteblechs an der Prüflingshalteeinheit 5 festgelegt. Ein an der Unterseite 11b der Traverse 11 fixiertes Detektorblech 62 dient als Gegenstück zu den beiden Wegesensoren 62a, 62b, so dass über einen Abstand zwischen dem Detektorblech 62 und den beiden Wegsensoren 61a, 61b und über die Anlage des Detektorblechs 62 an den beiden Wegsensoren 61a, 61b ein von dem Druckstück 14 zurückgelegte Verstellweg entlang der senkrechten Verstellachse ausgewertet werden kann.
Insbesondere um nach Abschluss eines durchgeführten Prüfverfahrens das Druckstück 14 und die Traverse 11 wieder soweit von der Prüflinghalteeinheit 5 zu entfernen, dass der Werkstoffprüfling P von der Prüflingsaufnahme 51 entfernt oder die Prüflingsaufnahme 51 entnommen werden kann, ist die Rückstelleinheit 7 vorgesehen. Die Rückstelleinheit 7 weist hierzu zwei zueinander symmetrisch ausgebildete Rückstellzylinder 71, 72 auf, die über bügelförmige Halter 101, 102 an der Bodenplatte 10 festgelegt sind. Über einen verfahrbaren Kolben greift jeder der Rückstellzylinder 71, 72 an der Unterseite 11b der Traverse 11 an. Durch Ausfahren der Kolben der beiden Rückstellzylinder 71, 72 kann somit die Traverse 11 in Richtung der Gegenplatte 12 verlagert werden, um das Druckstück 14 wieder von dem Werkstoffprüfling P zu entfernen.
Die Verstellung der Kolben der Rückstellzylinder 71, 72 erfolgt hier ebenfalls pneumatisch. Die Rückstellzylinder 71, 72 weisen dementsprechend auch Druckluftanschlüsse 710, 720 im Bereich der Bodenplatte 10 auf. Bei der Prüfeinrichtung 1 können folglich die durch voneinander separate Bauelemente gebildeten Einheiten, die die unterschiedlichen Verstellbewegungen der Traverse 11 und damit des Druckstücks 14 steuern (Antriebseinheit 2, Vorspanneinheit 3 und Rückstelleinheit 7), von einer gemeinsamen (zentralen) Druckluftregulierung gesteuert werden. Dabei kann diese zentrale Druckluftregulierung Teil einer übergeordneten Druckluftversorgungsanlage sein, über die mehrere miteinander gekoppelte Prüfeinrichtungen eines Prüfsystems mit Druckluft versorgt werden. Ein Beispiel für eine solche zentrale Druckluftregulierung ist in der 4 gezeigt, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.
Die Prüfeinrichtung 1 ist vorliegend insbesondere zur Prüfung von Werkstoffprüflingen aus einem Injektionsmittel zur Injektionssanierung von Fundamenten einer Windkraftenergieanlage eingerichtet und vorgesehen. Die aus den 1C und der 2 vergrößert ersichtliche Prüfungsaufnahme 51 der Prüflinghalteeinheit 5 ist demnach vorliegend gezielt für diesen Zweck ausgebildet.
So weist die quaderförmige Prüflingsaufnahme 51 zentral einen würfelförmigen Aufnahmeraum 510 für einen Werkstoffprüfling auf. Von den Eckpunkten dieses Aufnahmeraums 510 erstrecken sich kreuzförmig Schlitze 51a, 51b, 51c und 51d, über die ein etwaiges bei der Prüfung auftretendes Materialfließen ausgeglichen werden kann. Über mehrere Befestigungsstellen 52a, 52b, 52c und 52d in Form von zylindrischen Bohrungen ist die Prüflingsaufnahme 51 in der Prüfeinrichtung 1 auswechselbar zu fixieren – vorliegend unmittelbar an dem Adapterstück 50.
In einer hier nicht dargestellten Weiterbildung kann im Bereich der Prüflingshalteeinheit 5 eine Temperatur-Steuereinrichtung vorgesehen sein, um einen in der Prüflingsaufnahme 51 aufgenommenen Werkstoffprüfling während der Durchführung des Prüfverfahrens auf eine bestimmte, vorgegebene Temperatur zu erwärmen oder abzukühlen. Hierdurch wird das Spektrum der mit der Prüfeinrichtung 1 durchführbaren Prüfszenarien erweitert, da der Werkstoffprüfling zum Beispiel vor und/oder während der Beaufschlagung mit der dynamisch wechselnden Erregerkraft F_err auf eine bestimmte Temperatur oder zumindest innerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls gehalten werden kann.
Hierbei kann vorgesehen sein, die jährlichen, natürlich auftretenden Temperaturschwankungen durch die Prüfeinrichtung 1 (1', 1'') zu simulieren. Die Temperaturschwankungen können zum Beispiel durch in der Prüflinghalteeinheit 5 integrierte Peltier-Elemente erzeugt werden. In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, die Prüfeinrichtung 1 so auszubilden, dass der in der Prüflingsaufnahme 51 aufgenommen Werkstoffprüfling auf Temperaturen in einem Temperaturintervall von etwa –30° bis +50° Celsius oder etwa –20° bis +40° Celsius abgekühlt und/oder erwärmt werden kann.
Des Weiteren kann die Prüfeinrichtung 1 (1', 1'') in einer Weiterbildung so ausgebildet sein, dass hiermit typische täglich auftretenden Temperaturschwankungen simulierbar sind, insbesondere die täglichen Temperaturschwankungen während des Tag-Nacht-Zyklus. In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, die Prüfeinrichtung 1 so auszubilden, dass ein Werkstoffprüfling – in einem vorgebbaren Zeitintervall – Temperaturschwankungen von 15° Celsius bzw. von 15 Kelvin ausgesetzt werden kann.
In der 3 ist in perspektivischer Einzeldarstellung die Traverse 11 mit der daran festgelegten Antriebseinheit 2 veranschaulicht. Hierbei ist auch der mehrteilige Aufbau der Traverse 11 aus einer Basis mit daran festgelegten Gleitern 111, 112 ersichtlich. Es ist jedoch selbstverständlich auch ein einstückiger Aufbau der Traverse 11 möglich.
Mit der 4 wird eine Schaltungsanordnung für die Druckluftversorgung der Prüfeinrichtung 1 veranschaulicht. So ist hier für die Versorgung der Prüfeinrichtung 1 mit Druckluft eine zentrale Druckluftregulierung DR_Z vorgesehen, die über mehrere Anschlussleitungen a, b, c mit den einzelnen Druckluftregulierungen DR₂, DR₃ und DR₇ für die Antriebseinheit 2, die Vorspanneinheit 3 und die Rückstelleinheit 7 verbunden ist und diese mit Druckluft versorgt. Von der jeweiligen untergeordneten Druckluftregulierung DR₂, DR₃ und DR₇ führen demnach hier nur schematisch angedeutete Versorgungsleitungen V₂, V₃₁/V₃₂ und V₇₁/V₇₂ zu der Antriebseinheit 2, den Schlauchrollbalgen 31, 32 der Vorspanneinheit 3 und den Rückstellzylindern 71, 72 der Rückstelleinheit 7. Die Druckluftregulierungen DR₂ und DR₃ für die Antriebseinheit 2 und die Vorspanneinheit 3 werden hier jeweils durch einen Druckregler R1, R2 sowie ein jeweils nachgeschaltetes Magnetventil M1, M2 gebildet. Die Druckluftregulierung DR₇ für die Rückstelleinheit 7 wird demgegenüber hier durch ein Magnetventil M3 und ein nachgeschaltetes Drosselventil DV gebildet, an das sich die Versorgungsleitungen V₇₁ und V₇₂ anschließen.
Die dargestellte zentrale Druckluftregulierung DR_Z kann zusammen mit den einzelnen Druckluftregulierungen DR₂, DR₃ und DR₇ auf einem Serviceblech angeordnet sein.
Die zentrale Druckluftregulierung DR_Z wird von einer gemeinsamen Druckluftversorgungsanlage gespeist. Über diese Druckluftversorgungsanlage werden vorzugsweise mehrere zentrale Druckluftregulierungen DR_Z gespeist, mittels denen jeweils eine Prüfeinrichtung eines aus mehreren Prüfeinrichtungen bestehenden Prüfsystems mit Druckluft versorgt und gesteuert werden. Die einzelnen Komponenten der Druckluftregulierung DR_Z können dabei selbstverständlich variieren, zum Beispiel in Abhängigkeit davon, wie eine Antriebseinheit für eine Prüfeinrichtung ausgestaltet ist.
So zeigen beispielsweise die 5A bis 5E eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1’, bei der anstelle einer Antriebseinheit 2 mit einem pneumatischen Antrieb eine Antriebseinheit 2’ mit einer Exzentervorrichtung 22’ zur Erzeugung der sinusförmig variierenden Erregerkraft F_err vorgesehen ist. Die 5A bis 5E zeigen dabei die Prüfeinrichtung 1’ in unterschiedlichen Ansichten, wobei mit der Prüfeinrichtung 1 der vorangegangenen Figuren übereinstimmende Komponenten mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Bei der Prüfeinrichtung 1’ wird die Traverse 11 mit dem daran festgelegten Druckstück 14 über eine Exzentervorrichtung 22’ in Schwingung versetzt, die über einen Elektromotor 21’ motorisch angetrieben wird. Die Exzentervorrichtung 22’ und der Elektromotor 21’ sind dabei an der Oberseite einer Gegenplatte 12' an einer Lagerlasche angeordnet. Der Elektromotor 21’ triebt dabei eine rotierende Antriebswelle 222’ an, an der ein Lagerzapfen 221’ exzentrisch zu der Rotationsachse angeordnet ist. An diesem Lagerzapfen 221’ ist eine Koppelstange 220’ nach Art eines Pleuels angelenkt. Hierfür ist die Koppelstange 220’ an einem Stangenende über einen Verbindungsbereich 220a’ an dem Lagerzapfen 221’ verschwenkbar gelagert. An einem gegenüberliegenden Stangenende der Koppelstange 220’ ist ein weiterer Verbindungsbereich 220b’ vorgesehen, über den die Koppelstange 220’ mit einer verschieblich entlang der Verstellachse gelagerten Antriebsstange 23’ verbindbar ist.
Die Gegenplatte 12’ weist zentral eine Durchgangsöffnung auf, durch die hindurch die Antriebsstange 23’ hindurch geführt ist und an der Oberseite der Gegenplatte 12’ hervorsteht. Hierdurch ist ein an dem oberen Stangenende der Antriebsstange 23’ vorgesehener Verbindungsabschnitt 230’ der Antriebsstange 23' mit der Koppelstange 220’ an deren Verbindungsbereich 220b’ verbindbar, so dass eine Drehung der Antriebswelle 222’ über die Koppelstange 220’ zu einer translatorischen Verstellung der Antriebsstange 23’ entlang der senkrechten Verstellachse führt. Indem die Antriebsstange 23’ im Bereich ihres anderen Stangenendes über ein Trägerteil 33' und zwei Federelemente 24.1.', 24.2' mit der Traverse 11 wirkverbunden ist, führt die Verstellung der Antriebsstange 23’ dann zu der Verlagerung der Traverse 11 und des Druckstücks 14, um den Werkstoffprüfling P dynamisch zu belasten.
Damit die Traverse 11 in eine aus den 5A und 5B ersichtliche Ruheposition überführbar ist, in der die Prüflingsaufnahme 51 von der Prüfeinrichtung 1’ entfernbar ist, kann die Koppelstange 220’ von dem oberen Ende der Antriebsstange 23’ getrennt werden. Hierfür ist an dem Verbindungsabschnitt 230’ eine Verbindungswelle 231’, zum Beispiel in Form eines längsverschieblich gelagerten Stiftes vorgesehen, in dem die Koppelstange 220’ lösbar eingehängt werden kann. Die aus den 5A und 5B ersichtliche Ruheposition wird dabei über die ausgefahrenen Rückstellzylinder 71, 72 der Rückstelleinheit 7 eingenommen.
Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird nach Anordnung des Werkstoffprüflings P über die Prüflingsaufnahme 51 in der Prüfeinrichtung 1’ (und nach Entlastung der Rückstellzylinder 71, 72) mittels einer Vorspanneinheit 3’ die Traverse 11 soweit in Richtung der Bodenplatte 10 verstellt, dass das Druckstück 14 mit der gewünschten Vorspannkraft F_Feder auf den Werkstoffprüfling P einwirkt. Die Vorspanneinheit 3’ weist hier ebenfalls zwei zueinander symmetrisch ausgestaltete Vorspannmittel in Form zweier Schlauchrollbalge 31’, 32’ auf, die über die Halter 121, 122 an der Gegenplatte 12 fixiert sind. Mit der Traverse 11 stehen die Schlauchrollbalge 31’, 32’ hier über ein Balkenwaagen ähnlich ausgestaltetes Trägerteil 33’ in Wirkverbindung.
Das Trägerteil 33’ bildet zwei Balgträger 331’ und 332’ aus, an denen jeweils ein Schlauchrollbalg 31’, 32’ festgelegt ist. Über ein die beiden Balgträger 331’, 332’ verbindendes Mittelstück 330’ des Trägerteils 33’ ist das Trägerteil 33’ mit der Antriebsstange 23’ fest verbunden, so dass durch eine Verlagerung der Antriebsstange 23’ das Trägerteil 33’ mitverstellt wird. Das Trägerteil 33’ stützt sich wiederum über zwei sich entlang der Verstellachse erstreckende Federelemente 24.1’, 24.2’ – hier in Form zweier Druckfedern – an der Traverse 11 ab. Das Trägerteil 33’ ist somit an der Traverse 11 elastisch abgestützt.
Wie beispielsweise aus der perspektivischen Einzeldarstellung der 6 ersichtlich ist, weist das Mittelstück 330’ des Trägerteils 33’ zwei Federzapfen auf, an denen jeweils ein Federelement 24.1’, 24.2’ bestimmungsgemäß gehalten ist. Dabei ist in der 6 nur ein Federzapfen 334.1’ sichtbar. Wie in der 6 ebenfalls verdeutlicht ist, können die Antriebsstange 23’ und das Trägerteil 33’ selbstverständlich auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
Über die elastische bzw. federnde Abstützung des Trägerteils 33’ wirkt folglich die Antriebsstange 23’ nicht unmittelbar auf die Traverse 11 ein, sondern überträgt eine Verstellkraft über das Trägerteil 33' und die beiden Federelemente 24.1’, 24.2’ an die Traverse 11, um das Druckstück 14 in Schwingung zu versetzen.
Nach Aufbringen der Vorspannkraft F_Feder über die Schlauchrollbalge 31’, 32’ der Vorspanneinheit 3’ ist die Antriebsstange 23’ soweit in Richtung der Bodenplatte 10 verlagert, dass die Koppelstange 220’ durch Verschwenken um den Lagerzapfen 221’ entsprechend der 5C mit der Antriebsstange 23’ (wieder) verbunden werden kann. Die Schlauchrollbalge 31’, 32’, die sich an der Gegenplatte 12 abstützen können, drücken folglich bei Beaufschlagung mit Druckluft das mit ihnen verbundene Trägerteil 33’ entgegen der von den beiden Federelementen 24.1’, 24.2’ aufgebrachten Federkraft nach unten (d.h., in Richtung des Werkstoffprüflings P). Hierdurch werden sowohl die Antriebsstange 23’, damit diese mit der Exzentervorrichtung 22’ gekoppelt werden kann, als auch die Traverse 11, um das Druckstück 11 mit der gewünschten Vorspannkraft F_Feder zu belasten, in Richtung der Bodenplatte 10 verlagert.
Ob die gewünschte Vorspannkraft F_Feder durch die Vorspanneinheit 3’ (oder die Vorspanneinheit 3) aufgebracht wird, kann mittels einer der beiden oder beider Sensoreinheiten 4, 6 bestimmt werden. So kann beispielsweise den Vorspannmitteln in Form der Schlauchrollbalge 31’, 32’ (31, 32) so lange Druckluft zugeführt werden, bis über die Sensoreinheiten 4, 6 die gewünschte Vorspannkraft F_Feder gemessen wird.
Anstelle eines pneumatischen Antriebs oder eines Antriebs mit einer Exzentervorrichtung kann in einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1’’ gemäß den 7A–7B und 8 ein Antrieb 2’' mit mindestens einem Rüttlermotor ausgebildet sein. Die 7A und 7B zeigen hierbei in perspektivischer Ansicht und in Seitenansicht eine solche Prüfeinrichtung 1’’ mit zwei Rüttlermotoren in Form zweier Außenrüttler 21.1’’ und 21.2’’. In der 8 ist in perspektivischer Einzeldarstellung die Traverse 11 der Prüfeinrichtung 1’’ mit daran montierter Antriebseinheit 2’’ einschließlich der beiden Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ dargestellt.
Bei dieser dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1’’ wird die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling, also die Erregerkraft F_err, durch die Außenrüttler 21.1’’ und 21.2’’ aufgebracht, die über ein Traggestell 22’’ an der Oberseite 11a der Traverse 11 fixiert sind. Dabei stehen die beiden Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ zwischen den beiden Schlauchrollbalgen 31, 32 im Wesentlichen quer zu der senkrechten Verstellachse an der Prüfeinrichtung 1’’ vor. Auf diese Weise benötigt die Antriebseinheit 2’’ zwar etwas mehr Bauraum im Vergleich zu der Ausführungsvariante der 1A bis 1C bezogen auf die Breite der Prüfeinrichtung 1’’, kann jedoch in seiner Gesamthöhe niedriger ausgeführt werden, als die Ausführungsvariante der 5A bis 5E.
Die beiden Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ (auch als „Elektrovibratoren“ bezeichnet) verursachen eine vertikal gerichtete, sinusförmigen Erregerkraft F_err, durch die die mit der Vorspannkraft F_Feder beaufschlagte Traverse 11 in Schwingung versetzt wird. Hierfür sind die beiden Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ als sogenannte Unwuchterreger ausgebildet und laufen um 180° gegenläufig zueinander. Die beiden Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ werden hierbei vorzugsweise so betrieben, dass sich bei einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz, von z. B. etwa 30 bis 35 Hz, eine Selbstsynchronisation der darin angetriebenen Unwuchten einstellt. Alternativ kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass über eine elektronische Steuereinrichtung eine Zwangssynchronisation erreicht wird.
Die Außenrüttler 21.1’’, 21.2’’ sind jeweils an einer Halteplatte 221’’, 222’’ des Traggestells 22'’ fixiert – vorliegend über Schraubverbindungen. Dabei werden die beiden Halteplatten 221’’, 222’’ durch eine Basis 220’’ miteinander verbunden, über die das Traggestell 22’' an der Oberseite 11a der Traverse 11 fixiert ist. An der Basis 220’’ sind ferner noch zur Verstärkung des Traggestells 22’’ Verstärkungsrippen 223’’ angeformt, die die beiden sich gegenüberliegenden Halteplatten 221’’, 222’’ ebenfalls miteinander verbinden.
Vorzugsweise ist die Traverse 11 so ausgebildet, das hieran unterschiedliche Antriebseinheiten 2’, 2’’ angebracht werden können, die die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling P erzeugen. Dabei kann in einer weiteren alternativen Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, dass eine Antriebseinheit eingesetzt wird, die einen Piezomotor aufweist.
Auch die Prüfeinrichtungen 2’ und 2’’ der 5A bis 5E und der 7A bis 7B können selbstverständlich über eine Druckluftversorgungsanlage und eine entsprechende Schaltungsanordnung gemäß der 4 mit Druckluft versorgt werden. Hierbei entfiele lediglich die Druckluftregulierung DR₂ für eine pneumatische Antriebseinheit 2. Auch können mehrere gleichartige Prüfeinrichtungen 1, 1’ oder 1’’ oder unterschiedliche Prüfeinrichtungen 1, 1’ und 1’’ über eine gemeinsame Druckversorgungsanlage mit Druckluft versorgt und gesteuert werden. Bei einem derartigen Prüfsystem aus mehreren Prüfeinrichtungen können folglich mehrere Werkstoffprüflinge P parallel auf ihre dynamische Belastbarkeit hin geprüft werden. Die einzelnen Prüfeinrichtungen können dabei selbstverständlich nicht nur mechanisch – über eine gemeinsame Druckluftversorgungsanlage – miteinander gekoppelt sein, sondern auch elektronisch, um den Verlauf der einzelnen Prüfverfahren und die gewonnenen Messergebnisse zentral auswerten zu können.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1'': Prüfeinrichtung
10: Bodenplatte
101, 102: Halter
11: Traverse
111, 112: Gleiter
11a: Oberseite
11b: Unterseite
12, 12': Gegenplatte
121, 122: Halter
13: Linearführung
131, 132: Führungsstange
14: Druckstück
2, 2', 2'': Antriebseinheit
20: Druckluftanschluss
21': Elektromotor
21.1'', 21.2'': Außenrüttler (Rüttlermotor)
22': Exzentervorrichtung
22'': Traggestell
220': Koppelstange
220'': Basis
220a', 220b': Verbindungsbereich
221': Lagerzapfen
221'', 222'': Halteplatte
222': Antriebswelle
223'': Verstärkungsrippe
23': Antriebsstange
230': Verbindungsabschnitt
231': Verbindungswelle
24.1', 24.2': Federelement
3, 3': Vorspanneinheit
31, 31': Schlauchrollbalg (Vorspannmittel)
32, 32': Schlauchrollbalg (Vorspannmittel)
33': Trägerteil
330': Mittelstück
331', 332': Balgträger
334.1': Federzapfen
4: 1. Sensoreinheit (mit Kraftsensor)
5: Prüflinghalteeinheit
50: Adapterstück
51: Prüflingsaufnahme
510: Aufnahmeraum
51a–51d: Schlitz
52a–52d: Befestigungsstelle
6: 2. Sensoreinheit (mit Wegsensor)
60: Sensorhalter
61a, 61b: Wegsensor
62: Detektorblech
7: Rückstelleinheit
71, 72: Rückstellzylinder
710, 720: Druckluftanschluss
a, b, c: Anschlussleitung
DR₂: Druckluftregulierung (Antriebseinheit)
DR₃: Druckluftregulierung (Vorspanneinheit)
DR₇: Druckluftregulierung (Rückstelleinheit)
DR_Z: (zentrale) Druckluftregulierung
DV: Drosselventil
F_err: Erregerkraft
F_Feder: Vorspannkraft
F_P: Gegenkraft
M1, M2, M3: Magnetventil
P: Werkstoffprüfling
R1, R2: Druckregler
V₂: Versorgungsleitung (Antriebseinheit)
V₃₁, V₃₂: Versorgungsleitung (Vorspanneinheit)
V₇₁, V₇₁: Versorgungsleitung (Rückstelleinheit)

Claims

Prüfverfahren zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings unter dynamischer Belastung, insbesondere zur Prüfung der Dauerhaftigkeit eines Werkstoffprüflings, wobei bei dem Prüfverfahren – der Werkstoffprüfling in einer Prüfeinrichtung angeordnet wird, – ein Druckstück der Prüfeinrichtung mit einer Vorspannkraft in Kontakt mit dem Werkstoffprüfling gebracht wird und – das Druckstück über eine Antriebseinheit der Prüfeinrichtung angetrieben wird, um den Werkstoffprüfling über das Druckstück mit einer dynamischen Last zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft (F_Feder) pneumatisch erzeugt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Antriebseinheit (2, 2', 2'') separate Vorspanneinheit (3, 3') der Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') zur Erzeugung der Vorspannkraft (F_Feder) angesteuert wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Vorspannkraft (F_Feder) mindestens ein Vorspannmittel (31, 31', 32, 32') der Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') mit Druckluft beaufschlagt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel einen Schlauchrollbalg (31, 31', 32, 32') umfasst.
Prüfverfahren einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling (P) pneumatisch erzeugt wird.
Prüfverfahren einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Last auf den Werkstoffprüfling (P) mittels einer Exzentervorrichtung (22'), einem Rüttlermotor (21.1'', 21.2'') oder einem Piezomotor erzeugt wird.
Prüfverfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffprüfling (P) aus einem Injektionsmittel hergestellt ist, insbesondere einer Zementsuspension oder einem Harz.
Prüfeinrichtung zur Prüfung der Belastbarkeit eines Werkstoffprüflings unter dynamischer Belastung, insbesondere zur Prüfung der Dauerhaftigkeit eines Werkstoffprüflings, wobei die Prüfeinrichtung wenigstens Folgendes aufweist: – eine Prüflinghalteeinheit, an der der zu prüfende Werkstoffprüfling angeordnet werden kann, – ein verstellbares Druckstück, das über die Prüfeinrichtung mit einer Vorspannkraft in Kontakt mit einem in der Prüflinghalteeinheit angeordnetem Werkstoffprüfling gebracht werden kann, und – eine Antriebseinheit, mittels der das Druckstück derart antreibbar ist, dass der Werkstoffprüfling über das Druckstück mit einer dynamischen Last beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') mindestens ein pneumatisch betriebenes Vorspannmittel (31, 31', 32, 32') zur Erzeugung der Vorspannkraft (F_Feder) aufweist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel (31, 31', 32, 32') Teil einer von der Antriebseinheit (2, 2', 2'') separaten Vorspanneinheit (3, 3') zur Erzeugung der Vorspannkraft (F_Feder) ist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel einen Schlauchrollbalg (31, 31', 32, 32') umfasst.
Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2, 2' 2'') zur Erzeugung der dynamischen Last – einen pneumatischen Antrieb oder – eine Exzentervorrichtung (22') oder – einen Rüttlermotor (21.1'', 21.2'') oder – einen Piezomotor umfasst.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Prüfeinrichtung (1) mit einer einen pneumatischen Antrieb aufweisenden Antriebseinheit (2) die Prüfeinrichtung (1) eine gemeinsame Druckluftregulierung (DR_Z) umfasst, über die der Antrieb und das mindestens eine Vorspannmittel (31, 31', 32, 32') mit Druckluft beaufschlagbar sind.
Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') eine pneumatisch betriebene Rückstelleinheit (7) aufweist, mittels der das Druckstück (14) außer Kontakt mit dem Werkstoffprüfling (P) bringbar ist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (1) eine gemeinsame Druckluftregulierung (DR_Z) umfasst, über die die Rückstelleinheit (7) und das mindestens eine Vorspannmittel (31, 31', 32, 32') mit Druckluft beaufschlagbar sind.
Prüfeinrichtung nach einem Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (1, 1', 1'') mindestens eine Sensoreinheit (4) zur Erfassung der auf den Werkstoffprüfling (P) wirkenden Kraft (F_Feder, F_err) und/oder mindestens eine Sensoreinheit (6) zur Erfassung einer Stauchung des Werkstoffprüflings (P) aufweist.
Prüfsystem mit mehreren miteinander gekoppelten Prüfeinrichtungen nach einem der Ansprüche 8 bis 15.
Prüfsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prüfsystem Prüfeinrichtungen (1, 1', 1'') mechanisch miteinander gekoppelt sind, indem sie wenigstens über eine gemeinsame Druckluftversorgungsanlage gespeist werden.